NVIC模塊的中斷寄存器簡介
嵌套式向量中斷控制器（NVIC）是Cortex內核不可分割的一部分，它與CPU緊密結合，可對系統異常和外設中斷進行控制。如圖1所示，NVIC右端連接到各個外圍模塊，負責對外設中斷進行處理；左端連接到內核，負責對內核系統異常進行處理。本文重點介紹NVIC對外圍模塊的中斷控制。通常，在配置某個外圍模塊的中斷功能時，除了需要設置此模塊本身的寄存器中的中斷使能位外，還需要配置NVIC模塊中對應的中斷控制寄存器，系統纔會響應此外圍模塊的中斷請求。
ARM Cotex-M4的NVIC模塊中相關寄存器的地址、名稱、功能描述如圖2所示，它們可分爲兩種類型：非優先級中斷寄存器（non-IPR register）和優先級中斷寄存器（IPR register）。其中，非優先級中斷寄存器有以下幾種：
NVICISERx：中斷使能設置寄存器；
NVICICERx：中斷使能清除寄存器；
NVICISPRx：中斷掛起設置寄存器；
NVICICPRx：中斷掛起清除寄存器；
NVICIABRx；中斷激活狀態寄存器；
其中x爲0 - 7，稱爲寄存器的組號，表示每種寄存器都有8個。這些寄存器都是32位的。因此，如果每一位控制一箇中斷源，則可以分別控制256箇中斷源。通常， NVICISERx（中斷使能設置寄存器）用於去使能某個中斷，而NVICICPRx（中斷掛起清除寄存器）用於配合NVICISERx寄存器來使能這個中斷；NVICIABRx（中斷激活狀態寄存器）爲只讀寄存器，用於判斷某個中斷是否處於激活的狀態。
而優先級中斷寄存器只有一種： NVICIPRx，用於設定每個中斷源的優先級。從圖3可以看到，每個中斷源的優先級控制字要佔用4位，再加上保留位，則每個32位的寄存器可以配置4箇中斷源的優先級。因此，如果要配置256箇中斷源的優先級，則需要256 ÷ 4 = 64個32位的寄存器。但是Kinetis系列MCU的中斷源一般都沒有這麼多，也就不需要這麼多的寄存器。
下面以K60爲例進行具體說明。K60支持16級中斷控制，所以在NVIC中，對應於不同的中斷源，在優先級中斷寄存器NVICIPRx中都有4個相應的位來控制其優先級，另外還有4位是保留位，如圖3所示。
從圖2可以看出，每種非優先級中斷寄存器都是一個包含8個32位寄存器的寄存器組。那麼在應用過程中，對應於K60的90多種不同的中斷源，應該配置這些寄存器組中的哪一個寄存器（組號）和該32位寄存器的那一位（位號）呢？簡單來說，就是組號和位號的確定。例如NVICICER2[21]，它的組號就是2，位號就是21。這就需要藉助芯片廠商在CPU中爲不同中斷源定義的中斷請求號IRQ。需要特別注意的是，中斷向量號和中斷請求號IRQ號不同，中斷請求號IRQ = 中斷向量號-16，因爲有16個ARM內核中斷請求是沒有分配IRQ號的。在K60的Reference Manual 的P74頁可以看到CPU中斷向量分配表，定義了各種不同的中斷源所對應的中斷入口地址、中斷向量號、中斷請求號、寄存器號以及彼此之間的關係，如圖4所示。
這裏結合K60的中斷向量分配表，以LPTMR（低功耗定時器）模塊爲例介紹一下NVIC寄存器的配置。LPTMR模塊的中斷向量分配如圖4所示，可以看到LPTMR中斷入口地址爲0x0000_0194，中斷向量號爲101，中斷請求號IRQ爲85。那麼如何確定配置LPTMR中斷所對應的NVIC寄存器的組號和位號呢？即LPTMR使用NVIC寄存器組中的哪一個寄存器，以及該寄存器的哪個位呢？它們又和中斷向量號 IRQ有什麼關係呢，下面分非優先級中斷寄存器和優先級中斷寄存器分別介紹。
對於非優先級中斷寄存器，如上面提到的NVICISERx、NVICICERx、NVICSPRx、NVICCPRx以及NVICABRx，組號的計算公式爲IRQ / 32，所以可以得到LPTMR的NVIC非優先級中斷寄存器的組號爲85 / 32 = 2，從而得到LPTMR需要使用的非優先級中斷寄存器爲 NVICISER2、 NVICICER2、 NVICISPR2、NVICICPR2、NVICIABR2。這些寄存器都是32位的，所以對應於LPTMR的位號計算公式爲IRQ % 32，得到85 % 32 = 21。確定完了組號和位號，便得到了需要設置的LPTMR的非優先級中斷控制寄存器及相應的位爲：NVICISER2[21]、 強調內容NVICICER2[21]、 NVICISPR2[21]、NVICICPR2[21]、NVICIABR2[21]。
對於優先級中斷寄存器IPR，如上所述，因爲每一個IPR寄存器可以設置4箇中斷源的優先級，所以組號計算公式爲IRQ / 4 = 21。下面確定位號，前面講到優先級控制需要4位，另外還有4位保留位，所以每個中斷源需要8位，因此位起始號的計算公式爲8 * (IRQ % 4) + 4，得到LPTMR的位起始號爲8 * (85 % 4) + 4 = 12。確定完了組號和位號，便得到了LPTMR的優先級中斷寄存器及相應的位爲：NVICIPR21[15:12]。
通常，中斷程序的處理流程爲：關閉系統總中斷、開啓外設模塊並使能該外設模塊中斷、配置NVIC模塊中的中斷寄存器、開總中斷等幾個過程。
第一步，關閉系統總中斷。一般採用宏定義DisableInterrupts，其本質是在內部調用一句彙編代碼“CPSID i”。同樣，打開總中斷一般採用EnableInterrupts，本質是在內部調用一句彙編代碼“CPSIE i”。
第二步，開啓外設模塊並使能其中斷。需要設置外設模塊的寄存器中的中斷使能位。對於LPTMR，需要置位控制狀態寄存器LPTMRx_CSR的TIE位。 SIM_SCGC5|=SIM_SCGC5_LPTIMER_MASK; //開LPT模塊時鐘 LPTMR0_CSR|=LPTMR_CSR_TIE_MASK; //使能LPT定時器中斷
第三步，配置NVIC模塊的中斷寄存器。需要設置NVIC中相關的中斷控制寄存器，如上面提到的NVICISERx、NVICICERx、NVICSPRx、NVICCPRx、NVICABRx以及NVICIPRx。值得注意的是，使能一個外設的中斷需要完成兩個步驟，首先置位 NVICICPRx（中斷掛起清除寄存器），然後再置位NVICISERx（中斷使能設置寄存器）。其原因在於，在完成第二步開啓並使能外設模塊中斷後，外設模塊便可以被觸發產生中斷請求，這時如果置位NVICISERx（中斷使能設置寄存器），程序便可以進入中斷服務程序，而這並非程序編寫者的本意。所以爲避免出現這種情況，需要首先置位NVICICPRx（中斷掛起清除寄存器），清除已經掛起的中斷，然後再置位NVICISERx（中斷使能設置寄存器），等待下一個中斷的發生。
